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下肢运动想象和运动执行的EEG节律特性研究

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仪器仪表学报 2018年第3期39卷 207-214页

作者：李鹏海王丽余刘瀛涛刘斌马春雷天津理工大学电气电子工程学院天津300384 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

探索下肢运动想象（MI）和运动执行（ME）的神经机制以便能用于指导脑卒中患者神经康复,设计同一视频引导的下肢MI和ME比较实验,采集10名被试（6男4女）脑电数据,通过时频图、能量频域变化曲线图及ERD量化的方法对采集脑电（EEG）的节... 详细信息

探索下肢运动想象（MI）和运动执行（ME）的神经机制以便能用于指导脑卒中患者神经康复,设计同一视频引导的下肢MI和ME比较实验,采集10名被试（6男4女）脑电数据,通过时频图、能量频域变化曲线图及ERD量化的方法对采集脑电（EEG）的节律特性进行对比分析。结果表明,在alpha和beta频段下肢MI和ME均产生ERD现象,其能量曲线变化趋势相近。下肢MI与ME的alpha特征频段重叠区为9-11 Hz,其beta特征频段重叠区为18-20 Hz。下肢MI和ME在alpha频段的平均特征频率分别是9.7、9.9 Hz,在beta频段平均特征频率分别是20.3、21 Hz。下肢MI与ME的特征频段重叠程度较大,其特征频率显著相关（p=0.0003〈0.05,r=0.95〉0.5）,ERD均值也显著相关（p=0.0002〈0.05,r=0.755〉0.5）。表明下肢MI和ME的EEG节律特性相似,可激活相似的神经网络,本文研究成果可为脑卒中患者下肢康复治疗提供相关EEG节律特性的有效评估依据。

关键词：下肢运动想象下肢运动执行脑电事件相关去同步

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基于脑电特征的多模式想象动作识别

天津大学学报 2010年第10期43卷 895-900页

作者：万柏坤刘延刚明东孙长城綦宏志张广举程龙龙天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

对不同部位肢体想象动作诱发的脑电特征进行辨识,并提取出对应的思维信息,这是实现脑-机交互的经典方法之一,传统的左、右手双想象动作诱发模式下信息转化效率较低,引入多个肢体部位想象动作的多模式转化方法可望改善这一缺点.采用二维... 详细信息

对不同部位肢体想象动作诱发的脑电特征进行辨识,并提取出对应的思维信息,这是实现脑-机交互的经典方法之一,传统的左、右手双想象动作诱发模式下信息转化效率较低,引入多个肢体部位想象动作的多模式转化方法可望改善这一缺点.采用二维时频分析结合Fisher分析的方法,从典型受试者的多模式想象动作脑电信号中提取出有利于分类识别的事件相关去同步化和同步化特征信息,再使用支持向量机建立双层分类器对多模式想象动作进行分类识别.本方法对于4种不同肢体部位的识别可以达到较高的正确率(85.71%).结果表明,多模式想象动作的诱发脑电特征信息具有明显的空间特异性,可以用于脑-机交互思维任务的识别和提取,值得进一步研究.

关键词：脑-机接口多模式想象动作事件相关去同步 Fisher分析支持向量机

电刺激辅助下肢运动想象特征分类以增强康复训练研究

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生物医学工程学杂志 2021年第3期38卷 425-433页

作者：李嘉莹赵丽边琰李敏贾志超天津职业技术师范大学天津市信息传感与智能控制重点实验室天津300222

运动想象疗法对中风或运动功能障碍患者的康复训练具有重要意义,但针对下肢运动想象的研究较少。当对脚踝胫后神经施加电刺激时,在电刺激频率处可诱发出稳态体感诱发电位(SSSEP)。为了更好地实现下肢运动想象的分类,提高分类效果,丰富... 详细信息

运动想象疗法对中风或运动功能障碍患者的康复训练具有重要意义,但针对下肢运动想象的研究较少。当对脚踝胫后神经施加电刺激时,在电刺激频率处可诱发出稳态体感诱发电位(SSSEP)。为了更好地实现下肢运动想象的分类,提高分类效果,丰富下肢运动想象的指令集,本文设计了两种实验范式:运动想象(MI)范式和有电刺激辅助的混合(Hybrid)范式,并招募了10名身体健康的大学生在两种范式中完成左、右脚单侧运动想象任务。通过时频分析和分类准确率分析发现,相比MI范式,Hybrid范式下可得到明显的SSSEP和ERD特征,受试者在Hybrid范式中平均分类准确率为78.61%,较MI范式显著提高,证明电刺激辅助在下肢运动想象分类训练中有积极的促进作用。

关键词：下肢运动想象电刺激辅助事件相关去同步稳态体感诱发电位

多模式刺激下运动想象脑电信号的特征调制研究

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生物医学工程学杂志 2018年第3期35卷 343-349页

作者：赵丽李小芹边琰王宣方杨耿煌天津职业技术师范大学天津市信息传感与智能控制重点实验室天津300222

事件相关去同步(ERD)现象是脑电信号的基本特征,以ERD特征分析为基础的运动想象脑–机接口在运动功能康复方面具有重要意义。能否有效提取脑电信号中的ERD特征是决定脑–机接口性能的关键,因此研究受试者何种刺激模式下会产生明显的ERD... 详细信息

事件相关去同步(ERD)现象是脑电信号的基本特征,以ERD特征分析为基础的运动想象脑–机接口在运动功能康复方面具有重要意义。能否有效提取脑电信号中的ERD特征是决定脑–机接口性能的关键,因此研究受试者何种刺激模式下会产生明显的ERD特征至关重要。本文试验设计了4种不同的刺激模式(静态文字刺激、抓握视频刺激、手指序列运动视频刺激以及带声音的手指序列运动视频刺激),并分析了这几种刺激模式下的ERD特征。综合时频图谱、功率谱曲线、ERD值和脑地形图分析结果发现,手指序列运动视频刺激和带声音的手指序列运动视频刺激模式下,激发的ERD特征程度更深、范围更广,在以ERD特征分析为基础的脑–机接口的实际应用中也会有更好的效果,也可以在一定程度上提高脑–机接口系统使用者的认可度和接受度。

关键词：运动想象事件相关去同步动态刺激激活

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经颅交流电刺激对心理旋转认知过程的影响

中国生物医学工程学报 2017年第5期36卷 565-572页

作者：董国亚石静杨慧刘晔吴祖河陈小刚河北工业大学电气工程学院生物医学工程系天津300130 清华大学工程物理系北京100084 中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所天津300192

经颅交流电刺激(tACS)是一种通过在头皮施加微弱交流电刺激、从而进行神经调节的非侵入刺激技术,已经被证实可以调节大脑的认知功能。心理旋转是一种想像客体或自身旋转的空间表征转换能力,是衡量空间认知能力的重要标尺之一。探索tACS... 详细信息

经颅交流电刺激(tACS)是一种通过在头皮施加微弱交流电刺激、从而进行神经调节的非侵入刺激技术,已经被证实可以调节大脑的认知功能。心理旋转是一种想像客体或自身旋转的空间表征转换能力,是衡量空间认知能力的重要标尺之一。探索tACS对心理旋转认知能力的影响,利用心理旋转实验范式,以行为学表现和ERP、ERD等电生理参数作为主要评判指标,分析tACS对心理旋转产生的作用。行为学结果表明,alpha节律的tACS可以显著减少反映时间(P相关的负波(RRN),发现刺激组的RRN幅值比对照组幅值低(刺激组vs对照组,P事件相关去同步(ERD)现象比对照组更弱(刺激组vs对照组,P<0.05),且ERD开始时间更早。有研究表明,ERD强弱与大脑激活水平有关,说明tACS作用后,大脑激活水平降低;进而提示tACS可以提高被试的心理旋转能力,有望成为提高空间认知能力的新途径。

关键词：经颅交流电刺激心理旋转心理旋转相关负波事件相关去同步

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共同空间模式在少通道分类问题中的应用

中国生物医学工程学报 2009年第6期28卷 840-845页

作者：黄淦刘广权朱向阳上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

在目前以运动想像为基础的脑机接口(BCI)系统中,共同空间模式(CSP)方法作为一种有效的处理方法被广泛使用。但这种基于多通道的空间滤波方法并不能对频域信息进行处理,而且在通道数较少的情况下也无法应用。将每个通道的多个频段看成是... 详细信息

在目前以运动想像为基础的脑机接口(BCI)系统中,共同空间模式(CSP)方法作为一种有效的处理方法被广泛使用。但这种基于多通道的空间滤波方法并不能对频域信息进行处理,而且在通道数较少的情况下也无法应用。将每个通道的多个频段看成是新的通道运用CSP,并以此方法获得了2008年BCI竞赛中数据集IIb的第二名,平均Kappa系数达到0.58。该方法充分利用信号频域信息,以解决通道数过少的情况下基于想像运动模式分类的难题。

关键词：脑机接口共同空间模式事件相关去同步

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想象动作中动态脑电的信息熵研究

中国生物医学工程学报 2007年第1期26卷 74-77,82页

作者：綦宏志程龙龙陈滨津赵翔明东万柏坤天津大学生物医学工程与科学仪器系天津300072

想象动作可以引起脑电信号的特异性变化,如何通过提取脑电特征参数来识别想象动作的发生是目前脑-计算机接口(BCI)系统设计的技术关键之一。本研究使用两种信息熵(功率谱熵和小波熵)作为特征参数,对手部想象动作执行前后的动态脑电信号... 详细信息

想象动作可以引起脑电信号的特异性变化,如何通过提取脑电特征参数来识别想象动作的发生是目前脑-计算机接口(BCI)系统设计的技术关键之一。本研究使用两种信息熵(功率谱熵和小波熵)作为特征参数,对手部想象动作执行前后的动态脑电信号进行分析,并与目前常用的mu节律事件相关去同步(ERD)参数进行比较,以寻找特异性更强的动态参数。结果显示在想象动作对侧的运动感觉区域中,功率谱熵和小波熵均表现出与mu节律强度变化具有明显锁时关系的改变,且区分错误率得到明显降低。而在中顶部位置mu节律强度无明显变化处,熵参数对左右手想象动作的响应也具有明显的不同。结论,功率谱熵和小波熵具有良好的时域分辨能力和更准确的区分效果,可以作为特征参数用于在线BCI系统。

关键词：脑-机接口想象动作功率谱熵小波熵事件相关去同步

基于排列组合熵的脑电意识任务识别方法的研究

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传感技术学报 2008年第1期21卷 74-78页

作者：范影乐李谷刘亚景杨勇杭州电子科技大学生物医学工程与仪器研究所杭州310018

研究基于脑电信号排列组合熵的运动意识任务自动分类方法。求出时变脑电信号所对应的排列组合熵时间序列,它能很好的反映出事件相关去同步(ERD)和事件相关同步(ERS)现象,因此能有效地提取人脑想象左右手运动任务时的特征,最终利用K-近... 详细信息

研究基于脑电信号排列组合熵的运动意识任务自动分类方法。求出时变脑电信号所对应的排列组合熵时间序列,它能很好的反映出事件相关去同步(ERD)和事件相关同步(ERS)现象,因此能有效地提取人脑想象左右手运动任务时的特征,最终利用K-近邻法模式分类方法对想象左右手运动任务进行分类决策。对国际脑机接口竞赛相关数据进行测试,最高准确率达到88.57%,最大互信息达到0.42。基于排列组合熵的脑电信号特征,可以作为脑电意识任务的有效分类依据。

关键词：脑电信号意识任务排列组合熵事件相关去同步事件相关同步

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独立式脑—计算机接口的离线实验及分析

生物医学工程学杂志 2006年第3期23卷 478-482页

作者：陈强彭虎江朝辉冯焕清中国科学技术大学电子科学与技术系合肥230026

设计两个实验以研究自主运动的事件相关去同步模式的特征。实验一:要求未经训练的被试者在提示出现后开始想像用食指按键的动作,并在1 s后实际按键;实验二:作为参照,要求被试者对提示立即反应,使动作想像的时间尽量缩短。通过分析提示... 详细信息

设计两个实验以研究自主运动的事件相关去同步模式的特征。实验一:要求未经训练的被试者在提示出现后开始想像用食指按键的动作,并在1 s后实际按键;实验二:作为参照,要求被试者对提示立即反应,使动作想像的时间尽量缩短。通过分析提示与实际动作之间的自发脑电信号,预测被试者用左手或右手按键。在实验一的连续测试中,预测率随测试进行由85%下降到71%;而实验二的预测率近乎随机猜测。结果表明:(1)运动想像的有效持续时间对事件相关去同步模式有显著影响;(2)被试者有效动作想像时间的不自觉地缩短会导致预测率的明显下降。如何保证被试者的有效动作想像时间是后续实验设计中应该重视的问题。

关键词：独立式脑-计算机接口自发脑电事件相关去同步有效动作想像时间